Астеносфера

Астеносфера астенос (от древнегреческой ἀσθενός ( ) «без силы») является механически слабым [ 1 ] и пластичная область верхней мантии Земли. Он лежит ниже литосферы , на глубине от ~ 80 и 200 км (50 и 120 миль) ниже поверхности и простирается до 700 км (430 миль). Однако нижняя граница астеносферы не очень определена.
Астеносфера почти твердая, но небольшое количество плавления (менее 0,1% от породы) способствует его механической слабости. Более обширное расплавление астеносферы происходит там, где она вверх, и это самый важный источник магмы на земле. Это источник базальта зонами (Морб) и некоторых магм, которые разразились над субдукции или в областях континентального рифтинга .
Характеристики
[ редактировать ]
Астеносфера является частью верхней мантии чуть ниже литосферы , которая участвует в тектоническом движении пластин и изостатических корректировках. Он состоит из перидотита , скалы, содержащей в основном минералы оливин и пироксен . [ 2 ] Граница литосферы-астеносферы обычно принимается при изотерме 1300 ° C (2370 ° F) . Ближе к поверхности при более низких температурах мантия ведет себя жестко; Более глубоко ниже поверхности при более высоких температурах мантия движется пластичным образом. [ 3 ] Астеносфера - это то место, где мантийная порода наиболее близко приближается к своей точке плавления, и в этом слое может присутствовать небольшое количество расплава. [ 4 ]
Сейсмические волны проходят относительно медленно через астеносферу [ 5 ] по сравнению с чрезмерной литосферной мантией. Таким образом, он назывался низкоскоростной зоной (LVZ), хотя оба не являются строго такими же; [ 6 ] [ 7 ] Нижняя граница LVZ находится на глубине от 180 до 220 километров (от 110 до 140 миль), [ 8 ] в то время как основание астеносферы лежит на глубине около 700 километров (430 миль). [ 9 ] LVZ также обладает высоким сейсмическим ослаблением (сейсмические волны, движущиеся через астеносферу, теряют энергию) и значительную анизотропию (поляризованные волны сдвига имеют более низкую скорость, чем поляризованные волны сдвига поляризованы). [ 10 ] Открытие LVZ предупредило сейсмологов о существовании астеносферы и дало некоторую информацию о ее физических свойствах, поскольку скорость сейсмических волн уменьшается с уменьшением жесткости . Это снижение скорости сейсмической волны от литосферы до астеносферы может быть вызвано наличием очень небольшого процента расплава в астеносфере, хотя, поскольку астеносфера передает волны , она не может быть полностью расплавлена. [ 4 ]
В океанической мантии переход от литосферы к астеносферу (лаборатория) меньше, чем для континентальной мантии (около 60 км в некоторых старых океанических областях) с резким и большим падением скорости (5–10%). [ 11 ] В середине океана лаборатория поднимается в течение нескольких километров от пола океана.
Верхняя часть астеносферы считается зоной, в которой великие жесткие и хрупкие литосферные пластины земной коры движутся . Из -за температуры и условий давления в астеносфере порода становится пластичной , движущаяся со скоростями деформации, измеренной в см/год на линейные расстояния, в конечном итоге измеряя тысячи километров. Таким образом, он течет как конвекционный ток, излучая тепло наружу от внутренней части Земли. Над астеносферой, с той же скоростью деформации, скала ведет себя упруго и, будучи хрупкой, может сломаться, вызывая недостатки . Считается, что жесткая литосфера «плавает» или движется по медленно протекающей астеносферу, обеспечивая изостатическое равновесие [ 12 ] и разрешение движения тектонических пластин . [ 13 ] [ 14 ]
Границы
[ редактировать ]Астеносфера простирается от верхней границы примерно на 80-200 км (от 50 до 120 миль) ниже поверхности [ 15 ] [ 7 ] до нижней границы на глубине приблизительно 700 километров (430 миль). [ 9 ]
Граница литосферы-астеносферы
[ редактировать ]Граница литосферы-астеносферы (лаборатория [ 15 ] [ 7 ] ) относительно острый и, вероятно, совпадает с началом частичного плавления или изменением композиции или анизотропии . [ 16 ] Различные определения границы отражают различные аспекты граничной области. В дополнение к механической границе, определяемой сейсмическими данными, которая отражает переход от жесткой литосферы к протоковой астеносферу, они включают в себя тепловой граничный слой, над которым тепло транспортируется тепловой проводимостью и ниже, в основном теплопередача в основном конвективен ; Реологическая граница, где вязкость падает ниже около 10 21 PA-S; и химический пограничный слой, над которым мантийная порода истощается в летучих веществах и обогащена магнием по сравнению с породой внизу. [ 17 ]
Нижняя граница астеносферы
[ редактировать ]Нижняя граница астеносферы, верхняя часть осторожной мезосферы или мезосферной оболочки, [ 18 ] менее четко определен, но был помещен у основания верхней мантии. [ 19 ] Эта граница не является ни сейсмически, ни хорошо понятной [ 9 ] но приблизительно совпадает с комплексным разрывом 670 км. [ 20 ] Этот разрыв, как правило, связан с переходом от мантийной скалы, содержащей рингвуд к мантийной скале, содержащей Bridgmanite и периклаз . [ 21 ]
Источник
[ редактировать ]Механические свойства астеносферы широко связаны с частичным плавлением породы. [ 4 ] Вполне вероятно, что небольшое количество расплава присутствует через большую часть астеносферы, где он стабилизируется следами летучих веществ (воды и углекислого газа), присутствующих в мантийной породе. [ 2 ] Тем не менее, вероятное количество расплава, не более 0,1% от породы, кажется неадекватным, чтобы полностью объяснить существование астеносферы. Этого недостаточно для полных границ влажного зерна в скале, а влияние расплава на механические свойства породы не ожидается значительным, если границы зерна не полностью смачиваются. Границы с острой литосферой истеносферной также трудно объяснить только по частичным таянию. [ 10 ] Возможно, что таяние накапливается в верхней части астеносферы, где он пойман на непроницаемой породе литосферы. [ 2 ] Другая возможность состоит в том, что астеносфера представляет собой зону минимальной растворимости воды в мантийных минералах, так что было доступно больше воды для образования большего количества расплава. [ 22 ] Другим возможным механизмом создания механической слабости является скольжение границы зерна, где зерна слегка проскользнули друг от друга под напряжением, смазываемые следами присутствующих летучих веществ. [ 10 ]
Численные модели мантийной конвекции, в которой вязкость зависит как от температуры, так и от скорости деформации, надежно продуцируют океаническую астеносферу, что позволяет предположить, что ослабление деформации является значительным механизмом. [ 23 ]
Магма поколение
[ редактировать ]Декомпрессионное плавление астеносферных пород, ползучаясь к поверхности, является наиболее важным источником магмы на Земле. Большая часть этого извергается в середине океана, образуя отличительный базальт хребта в среднем океане (Морб) океанской коры. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] Магмы также генерируются путем декомпрессионного плавления астеносферы над зонами субдукции [ 27 ] и в областях континентального рифтинга . [ 28 ] [ 29 ]
Распространение декомпрессии в астеносфере, вероятно, начинается на глубине до 100-150 километров (от 60 до 90 миль), где небольшие количества летучих веществ в мантл -скале (около 100 ч / млн воды и 60 ч / м . Не более, чем около 0,1% скалы. На глубине около 70 километров (40 миль) условия сухого плавления достигаются и существенно увеличиваются плавление. Это обезвоживает оставшуюся твердую породу и, вероятно, является происхождением химически истощенной литосферы. [ 2 ] [ 10 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Баррелл, Дж. (1914). «Сила коры, часть VI. Отношения изостатических движений с сфере слабости - астеносфера». Журнал геологии . 22 (7): 655–83. Bibcode : 1914jg ..... 22..655b . doi : 10.1086/622181 . JSTOR 30060774 . S2CID 224832862 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый Hirschmann 2010 .
- ^ Я, Стив; Рэмпино, Майк (2012). «Корка и литосфера» . Геологическое общество Лондона . Получено 27 января 2013 года .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Kearey, Clepe & Vine 2009 , с. 49
- ^ Форсайт, Дональд В. (1975). «Ранняя структурная эволюция и анизотропия океанической верхней мантии» . Геофизический журнал International . 43 (1): 103–162. Bibcode : 1975geoj ... 43..103f . doi : 10.1111/j.1365-246x.1975.tb00630.x .
- ^ Kearey, P., ed. (1993). Энциклопедия твердых наук о Земле . Оксфорд: Наука Блэквелла. ISBN 978-1-4443-1388-8 Полем OCLC 655917296 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Eppelbaum, Lev V.; Kutasov, I.M.; Pilchin, Arkady (2013). Applied Geothermics . Berlin, Germany. ISBN 978-3-642-34023-9 Полем OCLC 879327163 .
{{cite book}}
: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Конди, Кент С. (1997). Тектоника пластины и эволюция коры . Баттерворт-Хейнеманн . п. 123. ISBN 978-0-7506-3386-4 Полем Получено 21 мая 2010 года .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в Kearey, Clepe & Vine 2009 , с. 51
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый Карато 2012 .
- ^ Rychert, Кэтрин А.; Ширер, Питер М. (2011). «Визуализация границы литосферы-астеносферы под Тихим океаном с использованием моделирования формы сигнала SS». Журнал геофизических исследований: твердая земля . 116 (B7): B07307. Bibcode : 2011jgrb..116.7307R . doi : 10.1029/2010JB008070 .
- ^ Kearey, Klepeis & Vine 2009 , с. 48–49.
- ^ Хендрикс, Марк; Томпсон, Грэм Р.; Турк, Джонатан (2015). Земля (2 -е изд.). Стэмфорд, Ct. ISBN 978-1-285-44226-6 Полем OCLC 864788835 .
{{cite book}}
: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Гаррисон, Том; Эллис, Роберт (2017). Основы океанографии (8 -е изд.). Pacific Grove, CA. ISBN 978-1-337-51538-2 Полем OCLC 1100670264 .
{{cite book}}
: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Подпрыгнуть до: а беременный Гупта, Харш К., изд. (2011). Энциклопедия сплошной геофизики . Дордрехт, Нидерланды: Спрингер. ISBN 978-90-481-8702-7 Полем OCLC 745002805 .
- ^ Rychert, Кэтрин А.; Ширер, Питер М. (24 апреля 2009 г.). «Глобальный взгляд на границу литосферы истеносферы». Наука . 324 (5926): 495–498. Bibcode : 2009sci ... 324..495r . doi : 10.1126/science.1169754 . PMID 19390041 . S2CID 329976 .
- ^ Artemieva, Irina (2011). Литосфера . С. 6, 12. doi : 10.1017/cbo9780511975417 . ISBN 978-0-511-97541-7 .
- ^ Дейли, Реджинальд Алдворт (1940). Сила и структура земли . Прентис-Холл.
- ^ Андерсон, Дон Л. (1995). «Литосфера, астеносфера и перисфера» . Отзывы геофизики . 33 (1): 125–149. Bibcode : 1995rvgeo..33..125a . doi : 10.1029/94RG02785 . ISSN 8755-1209 .
- ^ Фаулер, CMR; Фаулер, Конни Мэй (2005). Сплошная Земля: введение в глобальную геофизику . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521893077 .
- ^ Ito, e; Takahashi, E (1989). «Постспинельные преобразования в системе MG2SIO4-FE2SIO4 и некоторые геофизические последствия». Журнал геофизических исследований: твердая земля . 94 (B8): 10637–10646. Bibcode : 1989jgr .... 9410637i . doi : 10.1029/jb094ib08p10637 .
- ^ Мидердель, Катерин; Кепплер, Ганс; Смит, Джозеф Р.; Лангенхорст, Фалко (19 января 2007 г.). «Растворимость воды в глиноземном ортопироксене и происхождение астеносферы Земли» Наука . 315 (5810): 364–3 Bibcode : 2007sci ... 315..364M Doi : 10.1126/ science.1 17234945PMID 33006157S2CID
- ^ Беккер, Торстен В. (ноябрь 2006 г.). «О влиянии температуры и зависимой от деформации вязкости на глобальный поток мантии, чистое вращение и силы вождения пластин» . Геофизический журнал International . 167 (2): 943–957. Bibcode : 2006geoji.167..943b . doi : 10.1111/j.1365-246x.2006.03172.x .
- ^ Коннолли, Джеймс А.Д.; Шмидт, Макс У.; Солферино, Джулио; Багдассаров, Николай (ноябрь 2009 г.). «Проницаемость астеносферной мантии и скорости экстракции расплава в середине океанов». Природа . 462 (7270): 209–212. Bibcode : 2009nater.462..209c . doi : 10.1038/nature08517 . PMID 19907492 . S2CID 4352616 .
- ^ Олив, Жан-Артур; Dublanchet, Пьер (ноябрь 2020 г.). «Управление на магматической фракции удлинения в середине океанических хребтов» . Земля и планетарные научные письма . 549 : 116541. Bibcode : 2020e & PSL.54916541O . doi : 10.1016/j.epsl.2020.116541 . S2CID 224923541 .
- ^ Hofmann, AW (1997). «Геохимия мантии: послание из океанического вулканизма» . Природа . 385 (6613): 219–228. Bibcode : 1997natur.385..219h . doi : 10.1038/385219A0 . S2CID 11405514 .
- ^ Кондер, Джеймс А.; Wiens, Douglas A.; Моррис, Джули (август 2002 г.). «На декомпрессионной структуре плавления в вулканических дугах и центрах распространяющихся на заднем воздухе: таяние дуги и насадка» . Геофизические исследования . 29 (15): 17–1–17-4. doi : 10.1029/2002gl015390 . S2CID 29842432 .
- ^ Кин, CE; Кортни, RC; Dehler, SA; Уильямсон, М.-С. (Февраль 1994 г.). «Декомпрессия таяния на рифмовых краях: сравнение модельных прогнозов с распределением магматических пород на восточной канадской краю». Земля и планетарные научные письма . 121 (3–4): 403–416. Bibcode : 1994e & psl.121..403k . doi : 10.1016/0012-821x (94) 90080-9 .
- ^ Стернай, Пьетро (декабрь 2020 г.). «Поверхностные процессы, навязывающие растянутую скалу» . Научные отчеты . 10 (1): 7711. Bibcode : 2020natsr..10.7711S . doi : 10.1038/s41598-020-63920-w . PMC 7206043 . PMID 32382159 .
Библиография
[ редактировать ]- Хиршманн, Марк М. (март 2010 г.). «Частичный расплав в океанической зоне низкой скорости» . Физика Земли и планетарных интерьеров . 179 (1–2): 60–71. Bibcode : 2010pepi..179 ... 60h . doi : 10.1016/j.pepi.2009.12.003 .
- Карато, Шун-Ичиро (март 2012 г.). «О происхождении астеносферы» . Земля и планетарные научные письма . 321–322: 95–103. Bibcode : 2012e & PSL.321 ... 95K . doi : 10.1016/j.epsl.2012.01.001 .
- Kearey, P.; Klepeis, Keith A.; Vine, FJ (2009). Глобальная тектоника (3 -е изд.). Оксфорд: Wiley-Blackwell. ISBN 978-1-4051-0777-8 Полем OCLC 132681514 .
- Макбрайд, Нил; Гилмор, Иэн (2004). Введение в солнечную систему . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-54620-1 Полем Получено 24 января 2016 года .
- Turcotte, Donald L.; Шуберт, Джеральд (2002). Геодинамика (2 -е изд.). Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-66624-4 Полем Получено 24 января 2016 года .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Внутренняя тепловая энергия Земли и внутренняя структура» . Геология. Департамент земли и экологических наук. Сан -Диего, Калифорния: Государственный университет Сан -Диего. Архивировано из оригинала 3 марта 2011 года . Получено 20 июля 2024 года .